Verfahren zur Berechnung einer Trajektorie, Berechnungseinheit und Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Berechnung einer Trajektorie eines Kraftfahrzeuges zum Parken eines Kraftfahrzeugs an einer elektrische Ladesäule mit einem Ladekabel oder einer Ladesteckdose, eine Berechnungseinheit und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Berechnungseinheit.

Aus der DE 102020202 334 A1 ist ein Verfahren zur Positionierung eines Fahrzeugs mit einer induktiven Ladespule an einer ortsfesten induktiven Ladestation bekannt, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:

- Empfang eines Funksignals, wobei das Funksignal eine Relativposition des Fahrzeugs zur induktiven Ladestation und/oder eine relative Orientierung der Fahrtrichtung des Fahrzeugs zur induktiven Ladestation und/oder eine ermittelte Trajektorie des Fahrzeugs zur induktiven Ladestation repräsentiert, und/oder

- Ermittlung einer Trajektorie des Fahrzeugs zu einer Parkposition an der induktiven Ladestation in Abhängigkeit einer Relativposition des Fahrzeugs zur induktiven Ladestation und/oder einer relativen Orientierung der Fahrtrichtung des Fahrzeugs zur induktiven Ladestation, und

- Speicherung der ermittelten oder einer empfangenen Trajektorie, und

- Steuerung des Fahrzeugs in Längs- und/oder Querrichtung in Abhängigkeit der gespeicherten Trajektorie.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zur Berechnung einer Trajektorie eines Kraftfahrzeuges zum Parken eines Kraftfahrzeuges an einer elektrischen Ladesäule mit einem Ladekabel oder einer Ladesteckdose zur Verfügung zu stellen. Ein weiteres technisches Problem ist die Schaffung einer Berechnungseinheit sowie eines Kraftfahrzeuges mit einer solchen Berechnungseinheit. Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Berechnungseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Berechnung einer Trajektorie eines Kraftfahrzeuges zum Parken eines Kraftfahrzeuges an einer elektrischen Ladesäule mit einem Ladekabel oder einer Ladesteckdose mittels einer Berechnungseinheit, wobei die Berechnungseinheit mindestens in Abhängigkeit einer Position des Ladekabels oder der Ladesteckdose an der Ladesäule, einer Position einer Ladesteckdose am Kraftfahrzeug und einer Lage der Parklücke zur Ladestation eine optimierte Trajektorie in eine Parklücke an der Ladesäule berechnet. Optimiert bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Ladedose des Kraftfahrzeuges und das Ladekabel oder die Ladesteckdose optimal zueinander ausgerichtet sind, so dass der Ladevorgang sehr einfach und komfortabel durchgeführt werden kann und beispielsweise das Ladekabel nicht über das Kraftfahrzeug geführt werden muss. Dies kann dann je nach Lage dazu führen, dass das Kraftfahrzeug vorwärts oder rückwärts in die Parklücke bewegt wird oder rechts oder links zu der Ladesäule positioniert wird. Die Berechnungseinheit kann dabei on-board im Kraftfahrzeug angeordnet sein oder extern beispielsweise auf einem Backend oder Server angeordnet sein. Die Position des Ladekabels oder der Ladesteckdose kann sensorisch erfasst werden, beispielsweise mittels mindestens einer Kameraeinheit. Alterativ oder ergänzend kann die Ladesäule oder eine übergeordnete Infrastruktur der Ladesäule (z.B. ein Backend) diese Informationen an die Berechnungseinheit übermitteln. Die Position der Ladesteckdose am Kraftfahrzeug ist vorab bekannt. Ist die Berechnungseinheit im Kraftfahrzeug, so liegt diese Information vor. Erfolgt hingegen die Berechnung extern, so kann das Kraftfahrzeug diese Information an die Berechnungseinheit übertragen. Die Lage der Parklücke zur Ladestation kann sensorisch erfasst werden (beispielsweise mittels mindestens einer Kameraeinheit des Kraftfahrzeuges und/oder der Infrastruktur bzw. Ladesäule). Neben Kameraeinheiten können alternativ auch Ultraschall-, Radar- oder Laser-Sensoren zur Anwendung kommen.

Die so berechnete T rajektorie kann dann beispielsweise einem Nutzer auf einer Anzeigeeinheit angeboten werden, die dieser dann abfahren kann, wobei zusätzlich vorgesehen sein kann, dass der Nutzer Lenkmomentempfehlungen erhält.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird jedoch die berechnete Trajektorie vom Kraftfahrzeug automatisiert abgefahren.

In einer weiteren Ausführungsform wird ein Status der Ladesäule abgefragt, wobei die Berechnung nur durchgeführt wird, wenn der Status der Ladesäule „frei“ ist. Ist die Ladesäule hingegen „belegt“ oder „defekt“ kann auf eine unnötige Berechnung einer Trajektorie verzichtet werden. Vorzugsweise wird der Status der Ladesäule sensorisch erfasst. Alternativ ist eine insbesondere drahtlose Kommunikationsverbindung zwischen dem Fahrzeug und der Ladesäule vorgesehen. Diese basiert vorzugsweise auf Fahrzeug-zu-lnfrastruktur (Car-2-X)- Technologien. Alternativ wird die Information über das Backend abgefragt, wozu eine Datenverbindung des Fahrzeugs zum Backend, vorzugsweise über einen drahtlosen Internetzugang, aufgebaut wird, und das Backend mittels drahtloser oder drahtgebundener Kommunikationswege mit einer Vielzahl an Ladesäulen verbunden ist und den Status regelmäßig oder ereignisgesteuert abfragen kann.

In einer weiteren Ausführungsform werden Trajektorien zu verschiedenen Ladesäulen berechnet, wobei nur die optimale Trajektorie angeboten wird. Alternativ können mehrere oder alle berechneten Trajektorien dem Nutzer angeboten werden, der dann seine bevorzugte Trajektorie auswählen kann.

In einer weiteren Ausführungsform werden zusätzlich eine Länge des Ladekabels und/oder ein Parkplatztyp (Längsparklücke, Querparklücke, Fischgrätparklücke) bei der Berechnung der Trajektorie berücksichtigt.

In einer weiteren Ausführungsform werden eine freie Parklücke an einer Ladesäule und/oder die Position des Ladekabels oder der Ladesteckdose an der Ladesäule mittels mindestens einer fahrzeugseitigen Kameraeinheit erfasst.

In einer weiteren Ausführungsform wird eine Position einer Ladesäule, eine Position eines Ladekabels oder einer Ladesteckdose einer Ladesäule, eine Parklücke an einer Ladesäule und/oder ein Status einer Ladesäule von der Ladesäule erfasst und von der Ladesäule oder einem Backend an die Berechnungseinheit übersendet. Dabei kann die Berechnungseinheit im Kraftfahrzeug oder extern angeordnet sein, beispielsweise auf einem Server oder einem Backend.

In einer weiteren Ausführungsform wird mittels einer Bedienschnittstelle eingestellt, ob nur Parklücken an einer Ladesäule gesucht werden sollen.

Die Berechnungseinheit zur Berechnung einer Trajektorie eines Kraftfahrzeuges zum Parken eines Kraftfahrzeuges an einer elektrischen Ladesäule mit einem Ladekabel oder einer Ladesteckdose ist derart ausgebildet, mindestens in Abhängigkeit einer Position des Ladekabels oder der Ladesteckdose an der Ladesäule, einer Position einer Ladesteckdose am Kraftfahrzeug und einer Lage der Parklücke zur Ladesäule eine optimierte Trajektorie in eine Parklücke an der Ladesäule zu berechnen.

Das Kraftfahrzeug weist dabei eine solche Berechnungseinheit vorzugsweise auf.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Fig. zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuges und einer Ladesäule,

Fig. 2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Berechnung einer Trajektorie,

Fig. 3 eine beispielhafte Parksituation,

Fig. 4 eine beispielhafte Darstellung einer Anzeige- und Bedieneinheit und

Fig. 5 eine beispielhafte Darstellung einer Parksituation ohne Begrenzungslinien.

In der Fig. 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 1 dargestellt. Das Kraftfahrzeug 1 weist eine Berechnungseinheit 2, vier Kameraeinheiten 3, eine Ladesteckdose 4, eine Anzeige- und Bedieneinheit 5 sowie ein Steuergerät 6 mit einer Antenne 7 auf. Dabei ist die Ladesteckdose 4 rechts hinten am Kraftfahrzeug 1 angeordnet. Weiter ist eine Ladesäule 8 mit einem Ladekabel 9 dargestellt, wobei am Ende des Ladekabels 9 ein Ladestecker 10 angeordnet ist. Auch die Ladesäule 8 weist eine Antenne 11 als Teil einer Kommunikationseinheit auf, mittels derer die Ladesäule 8 mit dem Kraftfahrzeug 1 und/oder einem Backend 12 mit einer Antenne 13 kommunizieren kann. Dabei kann die Kommunikationsverbindung zwischen der Ladesäule 8 und dem Backend 12 auch drahtgebunden sein. Dabei ist das Ladekabel 9 links oben an der Ladesäule 8 angeordnet.

Mittels der Kameraeinheiten 3 erfasst dabei das Kraftfahrzeug 1 die Ladesäule 8 sowie die Position des Ladekabels 9. Weiter kann das Kraftfahrzeug 1 mittels der Kameraeinheiten 3 auch erfassen, ob die Ladesäule 8 belegt ist oder frei ist. Zusätzlich kann aber auch die Ladesäule ihren Status an das Kraftfahrzeug 1 oder das Backend 12 übermitteln, insbesondere ob sie „frei“, „belegt“ oder „defekt“ ist. Weiter erfasst das Kraftfahrzeug 1 mittels der Kameraeinheiten 3, ob an der Ladesäule 8 eine Parklücke ist. Ist dies der Fall, so berechnet die Berechnungseinheit 2 eine Trajektorie von einer aktuellen Position des Kraftfahrzeuges 1 in die Parklücke, so dass die Ladesteckdose 4 des Kraftfahrzeuges 1 optimal zum Ladekabel 9 mit dem Ladestecker 10 positioniert ist. Die Berechnung ist dabei abhängig von der Position der Ladesteckdose 4, der Position der Parklücke zur Ladesäule 8 sowie die Position des Ladekabels 9 an der Ladesäule 8, wobei zusätzlich die Art der Parklücke und/oder die Länge des Ladekabels 9 berücksichtigt werden können. Anschließend kann dann die berechnete Trajektorie auf der Anzeige- und Bedieneinheit 5 dargestellt werden. Dabei kann weiter vorgesehen sein, dass die Trajektorie automatisiert vom Kraftfahrzeug 1 abgefahren wird. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Nutzer die Längsführung übernehmen muss, wohingegen die Querführung automatisiert vom Kraftfahrzeug 1 eingestellt wird. Über die Antennen 7, 11 kann zusätzlich eine Kommunikation hinsichtlich der Abrechnungsmodalitäten durchgeführt werden. Durch die optimale Ausrichtung der Ladesteckdose 4 des Kraftfahrzeuges 1 zum Ladekabel 9 der Ladesäule 8 wird der Ladevorgang sehr komfortabel.

In der Fig. 2 ist ein Flussdiagramm des Verfahrens dargestellt, wobei in einem ersten Schritt S1 das Verfahren gestartet wird. Dies erfolgt beispielsweise über eine Eingabe des Nutzers über die Anzeige- und Bedieneinheit 5 (s. Fig. 1), eine Ladesäule 8 zu suchen. In einem zweiten Schritt S2 wird abgefragt, ob eine Ladesäule 8 erkannt wurde. Ist dies der Fall, so wird in einem dritten Schritt S3 überprüft, ob der Status der erkannten Ladesäule 8 „frei“ ist, also nicht „belegt“ oder „defekt“. Hierzu wird im Beispiel eine Kommunikationsverbindung zwischen der erkannten Ladesäule 8 und dem Kraftfahrzeug 1 aufgebaut. Ist der Status der Ladesäule 8 „frei“, so wird in einem Schritt S4 überprüft, ob eine Parklücke im Bereich der Ladesäule 8 erkannt wird. Ist dies der Fall, so wird in einem Schritt S5 eine Trajektorie berechnet, um die Ladesteckdose 4 des Kraftfahrzeuges 1 optimal zum Ladekabel 9 der Ladesäule 8 auszurichten. Hierbei wird die Art und Lage der Parklücke zur Ladesäule 8, die Position des Ladekabels 9 an der Ladesäule 8 und die Position der Ladesteckdose 4 des Kraftfahrzeuges 1 am Kraftfahrzeug 1 berücksichtigt. Anschließend wird in einem Schritt S6 die derart berechnete Trajektorie dem Nutzer angeboten. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass die Trajektorie voll- oder teilautomatisiert abgefahren wird. Im Schritt S7 wird dann das Verfahren beendet.

In der Fig. 3 ist eine beispielhafte Parkposition dargestellt, wobei zusätzlich vier Ladesäulen 8 dargestellt sind. Weiter existieren fünf freie Parkplätze P1 - P5, wobei an den freien Parkplätzen P1 und P2 keine Lademöglichkeit besteht, so dass daher diese dem Nutzer nicht angeboten werden. Auf den Parkplätzen P3 - P5 sind schraffiert Kraftfahrzeuge 1 dargestellt, wie diese zu den Ladesäulen positioniert werden müssen, um die jeweilige Ladesteckdose 4 optimal zum Ladekabel 9 der jeweiligen Ladesäule 8 auszurichten. Dabei wurde auch wieder angenommen, dass die Ladesteckdose 4 rechts hinten am Kraftfahrzeug 2 angeordnet ist.

In der Fig. 4 ist die Oberfläche einer Anzeige- und Bedieneinheit 5 dargestellt. Dabei ist ein

Bedienelement 20 dargestellt. Wird dieses Bedienelement 20 betätigt, so werden nur

Parklücken gesucht, bei denen auch eine Lademöglichkeit besteht. Im linken Teil der Anzeige- und Bedieneinheit 5 ist die aktuelle Situation aus der Vogelperspektive dargestellt. Dabei ist eine Parklücke 21 dargestellt, bei der jedoch keine Lademöglichkeit besteht, wobei an den beiden Parklücken 22, 23 jeweils eine Lademöglichkeit besteht. Dies wird beispielsweise durch die dargestellten Piktogramme symbolisiert.

Schließlich ist in Fig. 5 eine Situation an einer Ladesäule 8 dargestellt, wobei Begrenzungslinien fehlen oder nicht erkennbar sind. In diesem Fall werden die beiden Parklücken P1 , P2 als nicht geeignet verworfen und die Parklücke P3 ausgesucht und die Trajektorie berechnet, wobei in der Fig. 5 das Kraftfahrzeug 1 nach erfolgtem Abfahren der Trajektorie dargestellt ist.

Bezugszeichenliste

1) Kraftfahrzeug

2) Berechnungseinheit

3) Kameraeinheiten

4) Ladesteckdose

5) Anzeige- und Bedieneinheit

6) Steuergerät

7) Antenne

8) Ladesäule

9) Ladekabel

10) Ladestecker

11) Antenne

12) Backend

13) Antenne

20) Bedienelement

21) Parklücke

22) Parklücke

23) Parklücke

P1) - P5) Parklücke

S1) - S7) Schritte